Stati limite di carattere idraulico (UPL-HYD) Norme e progettazione di opere geotecniche

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1 Stati limite di carattere idraulico (UPL-HYD)

2 Stati limite di carattere idraulico (UPL-HYD) Galleggiamento (uplift( uplift) Sollevamento (heave( heave) Sifonamento (piping) (Erosione interna)

3 Sollevamento - Uplift La rottura per galleggiamento ha luogo quando la pressione idrostatica del fluido agente su una struttura immersa nel terreno supera l azione l stabilizzante delle forze di volume.

4 Sollevamento / Sifonamento Heave La rottura per sollevamento ha luogo nel terreno quando le forze di filtrazione agenti in direzione opposta alle forze di massa raggiungono valori elevati, in grado di annullare la tensione verticale efficace.

5 Sifonamento - Piping La rottura per sifonamento è un particolare tipo di rottura dovuta a erosione interna, nella quale l innesco l ha luogo alla superficie e procede in forma retrogressiva fino a formare una cavità tubolare (pipe) nella massa di terreno o al contatto terreno-struttura struttura.

6 EC7- Stati limite di carattere idraulico Tipo di rottura ULS Disuguaglianza Tabella dei fattori di sicurezza Fattore di sicurezza globale Uplift HYD (2.8) A.15-A.16 1,10 Heave Piping HYD - (2.9a) 1,50 A.17 (2.9b) Determinare il reticolo idrodinamico e la distribuzione del gradiente idraulico. Verificare la rottura per sollevamento nel caso di superficie orizzontale o la rottura del pendio per superficie inclinata

7 EC7- Stati limite di carattere idraulico Tabella A.15 (UPL) Azione Valore 1,00 Permanente sfavorevole γ G Permanente favorevole γ G 0,90 Variabile sfavorevole γ Q 1,50 Tabella A.16 (UPL) Angolo di attrito γ φ (applicato a tanφ ) 1,25 Coesione effettiva γ c 1,25 Resistenza non drenata γ c 1,40 u Resistenza a trazione di pali di ancoraggio γ s;t 1,40 Ancoraggio γ R Parametro Valore 1,40

8 EC7- Stati limite di carattere idraulico Tabella A.17 (HYD) Azione Valore 1,35 Permanente sfavorevole γ G Permanente favorevole γ G 0,90 Variabile sfavorevole γ Q 1,50

9 DM Stati limite di carattere idraulico Tipo di rottura Sollevamento (uplift) Sifonamento (heave/piping) Disuguaglianza Tabella dei fattori di sicurezza 6.2.III 6.2.IV

10 Stato limite ultimo D.M Sollevamento (uplift) Tabella 6.2.III Valore Permanente favorevole (strutturale) γ G1 0,90 0,90 Permanente sfavorevole (strutturale) γ G1 1,10 1,00 Permanenti favorevoli portati (non strutturali)* Permanenti sfavorevoli portati (non strutturali)* γ G2 Variabile favorevole γ Qi Azione 0,00 1,50 0,00 EC7 Variabile sfavorevole γ Qi 1,50 1,50 *Se i carichi sono compiutamente definiti si possono adottare gli stessi coefficienti delle azioni permanenti L approccio ed i coefficienti indicati dal D.M sono sostanzialmente identici a quelli dell EC7 (eccetto quello per l azione permanente sfavorevole).

11 Stato limite ultimo D.M Sifonamento (heave) Tabella 6.2.III Valore Permanente favorevole (strutturale) γ G1 0,90 0,90 Permanente sfavorevole (strutturale) γ G1 1,30 1,35 Permanenti favorevoli portati (non strutturali)* Permanenti sfavorevoli portati (non strutturali)* γ G2 Variabile favorevole γ Qi Azione 0,00 1,50 0,00 EC7 Variabile sfavorevole γ Qi 1,50 1,50 *Se i carichi sono compiutamente definiti si possono adottare gli stessi coefficienti delle azioni permanenti L approccio ed i coefficienti indicati dal D.M sono sostanzialmente identici a quelli dell EC7 (eccetto quello per l azione permanente sfavorevole).

12 Sollevamento - uplift

13 Sollevamento - uplift

14 Esempio - Sollevamento

15 Esempio - Sollevamento Se si trascurano le forze di attrito è possibile impostare la verifica in termini di tensioni anziché di forze: u dst,d σ stb,d γ G,dst γ w H k γ G,stb γ sat d 1,00 γ w H k 0,9 γ sat d 1,11 γ sat d/ (γ w H k ) La verifica con le tensioni totali con il nuovo DM 2008 impone γ G,dst =1,10 (FS globale = 1,1/0,9=1,22)

16 Sollevamento - uplift Carico strutturale g k

17 Sollevamento - uplift Carico strutturale g k

18 Esempio di calcolo Carico strutturale g k b γ w H sabbia c' k =0 φ' k =35 γ=20 kn/m 3 D Situazione di progetto: struttura larga B=15 m e profonda H=5 m; la falda può raggiungere la superficie del terreno. γ c,k Condizioni del terreno: sabbia: coesione c c k =0, angolo di attrito φ k =35, γ k =20 kn/m 3 (sotto falda) Azioni: carico strutturale distribuito g k =45 kpa,, peso specifico del calcestruzzo γ=25 kn/m 3, spessore della parete b=0.4 m Determinare lo spessore della soletta D tale da garantire la sicurezza al sollevamento B

19 DM 2008: Esempio di calcolo La verifica E d R d impone la seguente condizione : Q dst,d + G dst,d G stb,d +R d (2.8) Q dst,d = forza instabilizzate variabile Q dst,d = forza instabilizzate permanente G std,d = forza stabilizzante permanente R d = resistenza aggiuntiva Nota: La normativa italiana coincide con l EC7 parte 1.

20 DM 2008: Esempio di calcolo Si assume la falda coincidente con il piano campagna. La azione dell acqua è trattata come azione permanente. Si assume di tentativo uno spessore della soletta di 0.60 m. G V dst, d = G = γ γ dst, d = stb, d = 0.9 G, dst w ( H + D) B = ( ) 15 = 906kN / m γ [ ( ) ] G, stb c, k 2bH + BD + gkb = [ 25 ( ) ] = 900kN / m = γ A G stb,d va sommata la resistenza aggiuntiva all attrito agente sulle pareti laterali.

21 DM 2008: Esempio di calcolo ( ) σ δ R = 2 H + D K ' v tan K = coefficiente di spinta σ v = tensione verticale efficace δ = angolo di attrito relativo parete-terreno σ v = 0.5 ( ) ( ) = 28.5 kpa K k = K ak = 0.24 (EC7-figura C1.1 per angolo di attrito φ k = 35, assunta prudenzialmente come attiva). δ k =2/3 φ k R k = 2(H+D)K ak σ v tanδ k = 2(5+0.60) tan 23.3 = 33.0 kn/m Applicando il fattore parziale γ M per ridurre tanφ k si ha φ d =29.3. K ad =0.30 e δ d =19.5. Impiegando questi valori si ottiene:

22 DM 2008: Esempio di calcolo R d =2 (H+D) K d σ v tan δ d = 2 ( ) tan19.5 = 33.9 kn/m Si può osservare che l applicazione del fattore parziale sulla tangente dell angolo di attrito riduce la resistenza allo scorrimento tra parete e terreno ma incrementa la spinta sulla parete stessa e pertanto non aumenta il grado di sicurezza complessivo dal momento che R d >R k. In questo caso si raccomanda di trattare R k come azione favorevole operando una riduzione di R k impiegando 1/γ M. R d diventa: R d =R k /γ M = 33.0/1.25 = 27 kn/m La verifica al sollevamento impone che: V dst,d G stb,d + R d = 927 kn/m OK per D 0.60 m

23 Sollevamento / Sifonamento La verifica E d R d impone di accertare entrambe le seguenti condizioni per una colonna di terreno di altezza d: u d,dst σ d,stb (2.9a) S d,dst G d,std (2.9b) u d,dst = pressione dell acqua alla base della colonna σ d,stb = tensione verticale totale alla base della colonna S d,dst = forza di filtrazione nella colonna G d,std = peso immerso della colonna

24 Monitoraggio: Scavo in ambiente urbano

25 Sollevamento / sifonamento Piezometri h P h Q h R H Piano di riferimento z Q u P /γ w z P Q z R P R

26 Sollevamento / sifonamento FS = i c /i m A d/2 B H i c = γ /γ w i m =h m / d d h D D C h C h m h

27 Esempio: Sollevamento / sifonamento P.C. F.F. Palancola Diaframma Ghiaia P.S. Sabbia Strato impermeabile h=0.4 m d=1.0 m i c = γ /γ w = 0,9 i=h /d =0,4 FS = i c /i= 2,25

28 Esempio: Sollevamento / sifonamento Verifica in termini di tensioni efficaci con diaframma continuo: S dst G stb γ G,dst S dst γ G,std G stb 1,35 γ w d i 0,9 γ d 1,35. 9,81. 1,0. 0,4 0,9 10,0. 1,0 5,29 kpa 9,00 kpa OK

29 Esempio: Sollevamento / sifonamento P.C. F.F. Palancola Diaframma Ghiaia P.S. Sabbia Strato impermeabile h=1.8 m d=1.0 m i c = γ /γ w = 0,9 i=h /d =1,8 Difetto di costruzione FS = i c /i m =0,5

30 Esempio: Sollevamento / sifonamento Verifica in termini di tensioni efficaci per un diaframma con difetto a 1,0 m di profondità: S dst G stb γ G,dst S dst γ G,std G stb 1,35 γ w d i 0,9 γ d 1,35. 9,81. 1,0. 1,8 0,9 10,0. 1,0 23,8 kpa > 9,00 kpa Non verificata

31 Sifonamento h d i = h/d Limo Sabbia i c = γ /γ w FS = i c /i

32 Sifonamento

33 Sollevamento - sifonamento Verifica in termini di tensioni efficaci per una colonna di terreno di larghezza unitaria: h S dst G stb d γ G,dst S dst γ G,std G stb 1,35 γ w d i 0,9 γ d (1,35/0,9) i (γ /γ w ) 1,50 i c /i

34 Sifonamento I percorsi orizzontali offrono una minore resistenza rispetto a quelli verticali. Metodo di Lane (1935): O = percorsi orizzontali; V= percorsi verticali; H = carico idraulico 1 O + V R c = 3 H O V

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